一种去中心化综合原子时系统
技术领域
本申请涉及原子时技术领域，尤其涉及一种去中心化综合原子时系统。
背景技术
原子时(TA)是用原子频标产生的精确的震荡周期积累进行计时的时间尺度，原子时一开始就是以准确性、均匀性比世界时(UT)高而被人们欣赏。但其可靠性远远比不上作为世界时尺度依据的“地球钟”。任何频标都只有有限的使用期限并受到设备故障平均时间的限制，因此，只靠一个原子钟或少量的原子钟是不能形成可靠、均匀和准确性很高的时间尺度的。为了提高原子时的可靠性，将多台钟联合起来，由多台原子钟构成的守时系统的系统故障平均时间就比单个钟的故障平均时间要少，这也是目前各守时实验室普遍采用的方法。
然而，在考察原子时可靠性因素时，除了属于原子钟本身制造原理上的寿命期限和制造质量产生的故障平均时间，还有可能遭受突发事故和管理操作事故造成的不稳定因素的影响。突然事故包括有自然界的，如地震、雷电等，也有人为的，如战争、火灾等。管理操作不当也能造成守时中断或者守时水平降低。综上，就可靠性来说多站优于单站，去中心化处理优于主从站方式。
就综合原子时的性能来说，综合原子时不仅与原子钟的性能、数量、原子时算法有关，而且与原子钟间比对数据的质量有关。原子钟间的比对包括实验室内的比对和远地时钟间的比对。远地时钟比对是利用多站原子钟建立综合原子时尺度的必要条件，是影响原子时性能的主要因素之一。现有的远程时间比对方法主要包括：卫星双向时间比对法、GNSS共视法。
卫星双向比对法是目前远程时间频率传递精度最高的一种方法，卫星双向法利用地球同步轨道通信卫星，在进行时间传递的两个站点通过卫星地面站和卫星双向时间比对调制解调器，进行时间的远程传递。由于电磁波双向传播路径的对称性，可以消除主要的时间比对误差，实时得到两地的时间传递结果。这种方法实时性好，指标高，其时间比对精度优于1ns。
GNSS共视法以GNSS卫星为媒介，在两个进行时间传递的站点利用GNSS接收机采集比对数据，事后将两地数据交换处理，得到时间传递结果。这种方法是世界各国时频实验室应用最为普及的一种远程时间传递方法，成本低，数据处理技术简单成熟，共视比对精度优于10ns。此外，目前多通道接收机技术的发展使得共视时间传递已经可以不再局限于标准CGGTTS格式规定的16分钟间隔。在通信条件允许的情况下可以实现快速交换共视数据，实现快速共视比对。
综上，现有的综合原子时建立方法受限于单个实验室原子钟数目少，难以建立准确、均匀的综合原子时；同时，现有的多站联合主从式建立综合原子时的方式可靠性较低。因此，亟待设计一种去中心化综合原子时系统。
实用新型内容
本申请实施例提供一种去中心化综合原子时系统，以解决现有的综合原子时建立方法受限于单个实验室原子钟数目少，难以建立准确、均匀的综合原子时；同时，现有的多站联合主从式建立综合原子时的方式可靠性较低的问题。
一种去中心化综合原子时系统，包括多个原子时站点，所述多个原子时站点通过互联网或者内网通信，所述原子时站点包括原子钟、相位微跃计、数据处理计算机和时间比对数据采集和处理设备，所述相位微跃计、时间比对数据采集和处理设备与数据处理计算机连接，其中：
原子钟，用于实现原子计时；
时间比对数据采集和处理设备，用于时间比对数据的采集；
数据处理计算机，用于所述时间比对数据的历元对齐、进行综合原子时计算、获取本站与综合原子时时差序列，并依据所述时差序列进行调频调相得出物理时间频率信号；所述时间比对数据包括原子钟频率比对数据、卫星双向比对时差数据、本站点与各GNSS卫星时差数据；
相位微跃计，用于对数据处理计算机调频调相后的物理时间频率信号的频率和相位进行微跃调整，并输出本站综合原子时。
优选的，所述原子钟为一台，所述原子钟与数据处理计算机连接。
优选的，所述原子钟为多台，且多台原子钟输出端连接比相仪，所述比相仪输出端与数据处理计算机连接；其中比相仪实现多台原子钟频率比对，得出原子钟频率比对数据。
优选的，所述时间比对数据采集和处理设备为卫星双向时间比对设备、GNSS时间传递接收机任意一个或者其组合，其中:
卫星双向时间比对设备，用于将当前站点与其他站点进行卫星双向时间比对，得出卫星双向比对时差数据；
GNSS时间传递接收机，用于采用GNSS共视法，实现本站点与各GNSS卫星时间频率的远程比对，得出本站点与各GNSS卫星时差数据。
优选的，所述多个原子时站点的数据处理计算机通过互联网或者内网通信。
本申请实施例采用的上述至少一个技术方案能够达到以下有益效果：
本实用新型在站间采用卫星双向法或北斗共视法实现远程多站时间比对，在站内利用比相仪实现站内原子钟比对，通过UDP组播的方式将所有时差测量数据在各站间进行共享，各站利用所有时差数据采用一种去中心化的综合原子时系统各自建立综合原子时，获得当前站点与综合原子时时差序列，依据该时差序列经调频调相使本站时间频率信号逼近综合原子时。本实用新型能够综合利用分布在远程的多个站点原子钟资源，解决了单站高性能原子钟数目过少与高精度综合原子时必须有足够数量高性能原子钟的矛盾问题，以及多站主从模式下守时系统可靠性不足的问题。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：
图1为本实用新型实施例1的原理框图；
图2为本实用新型实施例2的原理框图；
图3为本实用新型实施例3的原理框图；
图4为本实用新型实施例4的原理框图。
具体实施方式
为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请具体实施例及相应的附图对本申请技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
以下结合附图，详细说明本申请各实施例提供的技术方案。
实施例1
如图1所示，一种去中心化综合原子时系统，包括多个原子时站点，多个原子时站点通过互联网或者内网通信，原子时站点包括：一台原子钟、一台相位微跃计、一台数据处理计算机以及卫星双向时间比对设备，相位微跃计、卫星双向时间比对设备与数据处理计算机连接，其中：
原子钟，用于实现原子计时，本实施例原子钟输出10MHz频率信号；
相位微跃计，用于对数据处理计算机调频调相后的物理时间频率信号的频率和相位进行微跃调整，并输出本站综合原子时；
卫星双向时间比对设备，用于将当前站点与其他站点进行卫星双向时间比对，得出卫星双向比对时差数据；
数据处理计算机，用于所述时间比对数据的历元对齐、进行综合原子时计算、获取本站与综合原子时时差序列，并依据所述时差序列进行调频调相得出物理时间频率信号；时间比对数据包括原子钟频率比对数据、卫星双向比对时差数据、本站点与各GNSS卫星时差数据。
本实施例的工作原理如下：
首先进行时间比对数据采集与发送，时间比对数据采集包括本站时间比对数据采集和其他站时间比对数据采集两部分，本站数据采集直接通过数据处理计算机连接卫星双向时间比对设备，本实施例中卫星双向时间比对设备将当前站点与其他站点进行卫星双向时间比对，得出卫星双向比对时差数据。其他站时间比对数据采集通过网络监听组播端口接收其他站发送的数据；时间比对数据发送是指将本站时间比对数据通过UDP组播的方式发送到其他各站点。
然后，进行数据预处理。本实施例的时间比对数据采集仅有卫星双向比对时差数据，该数据为时差数据，受卫星双向时间比对设备通道数影响，该数据可以是点对点或点对多，通常采用分时复用的方式实现时间比对，因此需要对双向比对数据进行预处理获取各历元双向时间比对结果。最后对预处理后的时间比对数据进行处理，获取本站与综合原子时时差序列，依据该时差序列经调频调相使本站时间频率信号逼近综合原子时。
实施例2
如图2所示，一种去中心化综合原子时系统，包括多个原子时站点，多个原子时站点通过互联网或者内网通信，原子时站点包括：多台原子钟、一台相位微跃计、一台数据处理计算机以及GNSS时间传递接收机，相位微跃计、GNSS时间传递接收机与数据处理计算机连接，其中：
原子钟，用于实现原子计时，本实施例原子钟输出10MHz频率信号；
相位微跃计，用于对数据处理计算机调频调相后的物理时间频率信号的频率和相位进行微跃调整，并输出本站综合原子时；
GNSS时间传递接收机，用于采用GNSS共视法，实现本站点与各GNSS卫星时间频率的远程比对，得出本站点与各GNSS卫星时差数据；
数据处理计算机，用于所述时间比对数据的历元对齐、进行综合原子时计算、获取本站与综合原子时时差序列，并依据所述时差序列进行调频调相得出物理时间频率信号；时间比对数据包括原子钟频率比对数据、卫星双向比对时差数据、本站点与各GNSS卫星时差数据。
具体的，系统还包括：比相仪，用于将上述原子时站点的多台原子钟频率进行比对，得出原子钟频率比对数据，比相仪与数据处理计算机连接。还包括与GNSS时间传递接收机连接的天线，用于接收GNSS导航卫星信号。
本实施例的工作原理如下：
首先，进行时间比对数据采集与发送，本实施例的时间比对数据包括两部分，第一部分为站内各原子钟频率比对数据，依据比相仪给出的数据类型，数据预处理后将其转换为频差数据；第二部分为GNSS共视比对数据，即本站与各GNSS卫星时差数据，数据预处理时需根据本站点与各GNSS卫星时差数据通过共视比对方法，获取各站相互之间共视比对结果。
上述时间比对数据采集包括本站时间比对数据采集和其他站时间比对数据采集两部分，本站数据采集直接通过数据处理计算机连接各设备(包括比相仪、GNSS共视时间传递接收机)，其他站时间比对数据采集通过网络监听组播端口接收其他站发送的数据；时间比对数据发送是指将本站时间比对数据通过UDP组播的方式发送到其他各站点。
最后，对预处理后的时间比对数据进行处理，获取本站与综合原子时时差序列，依据该时差序列经调频调相使本站时间频率信号逼近综合原子时。
实施例3
如图3所示，一种去中心化综合原子时系统，包括多个原子时站点，多个原子时站点通过互联网或者内网通信，原子时站点包括：多台原子钟、一台相位微跃计、一台数据处理计算机以及卫星双向时间比对设备、GNSS时间传递接收机，相位微跃计、卫星双向时间比对设备、GNSS时间传递接收机与数据处理计算机连接，其中：
原子钟，用于实现原子计时，其中，原子钟输出10MHz频率信号；
相位微跃计，用于对数据处理计算机调频调相后的物理时间频率信号的频率和相位进行微跃调整，并输出本站综合原子时；
卫星双向时间比对设备，用于将当前站点与其他站点进行卫星双向时间比对，得出卫星双向比对时差数据；
GNSS时间传递接收机，用于采用GNSS共视法，实现本站点与各GNSS卫星时间频率的远程比对，得出本站点与各GNSS卫星时差数据；
数据处理计算机，用于所述时间比对数据的历元对齐、进行综合原子时计算、获取本站与综合原子时时差序列，并依据所述时差序列进行调频调相得出物理时间频率信号；时间比对数据包括原子钟频率比对数据、卫星双向比对时差数据、本站点与各GNSS卫星时差数据。
具体的，系统还包括：比相仪，用于在原子时站点为多台原子钟时，实现多台原子钟频率比对，得出原子钟频率比对数据，比相仪与数据处理计算机连接。还包括与GNSS时间传递接收机连接的天线，用于接收GNSS导航卫星信号。
本实施例的工作原理如下：
首先，时间比对数据采集与发送，本实施例的时间比对数据包括三部分，第一部分为站内各原子钟频率比对数据；第二部分为当前站卫星双向时间比对数据，为当前站点与其他站点卫星双向比对所得时差；第三部分为当前站点共视数据，即本站与各GNSS卫星时差数据。
时间比对数据采集包括本站时间比对数据采集和其他站时间比对数据采集两部分，本站数据采集直接通过数据处理计算机连接各设备(包括比相仪、卫星双向时间比对设备、GNSS共视时间传递接收机)，其他站时间比对数据采集通过网络监听组播端口接收其他站发送的数据；时间比对数据发送是指将本站时间比对数据通过UDP组播的方式发送到其他各站点。
然后，进行数据预处理。数据预处理包括三部分，第一部分为原子钟频率比对数据，依据比相仪给出的数据类型，将其转换为频差数据；第二部分为卫星双向比对数据，该部分数据为时差数据，受卫星双向时间比对设备通道数影响，该部分数据可以是点对点或点对多，通常采用分时复用的方式实现时间比对，因此需要对双向比对数据进行处理获取各历元双向时间比对结果；第三部分为GNSS共视比对数据，预处理时根据本站点与各GNSS卫星时差数据通过共视比对方法获取各站相互之间共视比对结果。
最后对预处理后的时间比对数据进行处理，获取本站与综合原子时时差序列，依据该时差序列经调频调相使本站时间频率信号逼近综合原子时。
实施例4
如图4所示，一种去中心化综合原子时系统，包括多个原子时站点，多个原子时站点通过互联网或者内网通信，其中系统中各个站点的拓扑可以各不一样。
站点1包括：多台原子钟、一台比相仪、一台相位微跃计、一台数据处理计算机以及卫星双向时间比对设备、GNSS时间传递接收机，比相仪、相位微跃计、卫星双向时间比对设备、GNSS时间传递接收机与数据处理计算机连接。站点1的时间比对数据包括三部分，第一部分为站内各原子钟频率比对数据；第二部分为当前站卫星双向时间比对数据，为当前站点与其他站点卫星双向比对所得时差；第三部分为当前站点共视数据，即本站与各GNSS卫星时差数据。
站点2包括：一台原子钟、一台相位微跃计、一台数据处理计算机以及GNSS时间传递接收机，相位微跃计、GNSS时间传递接收机与数据处理计算机连接。站点2的时间比对数据为当前站点共视数据，即本站与各GNSS卫星时差数据。
站点3包括：一台原子钟、一台相位微跃计、一台数据处理计算机以及卫星双向时间比对设备、GNSS时间传递接收机，相位微跃计、卫星双向时间比对设备、GNSS时间传递接收机与数据处理计算机连接。站点3的时间比对数据包括两部分，第一部分为当前站卫星双向时间比对数据，为当前站点与其他站点卫星双向比对所得时差；第二部分为当前站点共视数据，即本站与各GNSS卫星时差数据。
站点N包括：一台原子钟、一台相位微跃计、一台数据处理计算机以及卫星双向时间比对设备，相位微跃计、卫星双向时间比对设备与数据处理计算机连接。站点N的时间比对数据为当前站卫星双向时间比对数据，为当前站点与其他站点卫星双向比对所得时差。
本实施例的系统工作时，首先，进行时间比对数据采集与发送，时间比对数据采集包括本站时间比对数据采集和其他站时间比对数据采集两部分，本站数据采集直接通过数据处理计算机连接各设备(包括比相仪、卫星双向时间比对设备、GNSS共视时间传递接收机)，上述各个站点分别连接比相仪、卫星双向时间比对设备、GNSS共视时间传递接收机中一种或者几种。其他站时间比对数据采集通过网络监听组播端口接收其他站发送的数据；时间比对数据发送是指将本站时间比对数据通过UDP组播的方式发送到其他各站点。
然后，进行数据预处理。由于上述各个站点分别连接比相仪、卫星双向时间比对设备、GNSS共视时间传递接收机中一种或者几种，每个站点所采集的时间比对数据所通过的设备以及途径不同。根据各个站点所采集时间比对数据不同，数据预处理方法也不同。三种时间比对数据的数据预处理方法分别为：原子钟频率比对数据，依据比相仪给出的数据类型，将其转换为频差数据；卫星双向比对数据，该部分数据为时差数据，受卫星双向时间比对设备通道数影响，该部分数据可以是点对点或点对多，通常采用分时复用的方式实现时间比对，因此需要对双向比对数据进行处理获取各历元双向时间比对结果；GNSS共视比对数据，预处理时根据本站点与各GNSS卫星时差数据通过共视比对方法获取各站相互之间共视比对结果。
最后对预处理后的时间比对数据进行处理，获取本站与综合原子时时差序列，依据该时差序列经调频调相使本站时间频率信号逼近综合原子时。
综上所述，本实用新型在站间采用卫星双向法或北斗共视法实现远程多站时间比对，在站内利用比相仪实现站内原子钟比对，通过UDP组播的方式将所有时差测量数据在各站间进行共享，各站利用所有时差数据采用一种去中心化的综合原子时系统各自建立综合原子时，获得当前站点与综合原子时时差序列，依据该时差序列经调频调相使本站时间频率信号逼近综合原子时。本实用新型能够综合利用分布在远程的多个站点原子钟资源，解决了单站高性能原子钟数目过少与高精度综合原子时必须有足够数量高性能原子钟的矛盾问题，以及多站主从模式下守时系统可靠性不足的问题。
另外，上述各个实施例的原子钟、比相仪、相位微跃计、数据处理计算机以及卫星双向时间比对设备、GNSS时间传递接收机型号不限。
以上所述仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请。对于本领域技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的权利要求范围之内。
